一种宽带旋转压电发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种宽带旋转压电发电机，属于压电发电技术领域。旋转轴装在底壳上，端部装有转盘，转盘端面上嵌有激励磁铁；壳体装在底壳上，顶端设有螺纹孔，内侧设有凸台；调节螺栓经由螺纹孔从壳体内伸出，外侧旋有锁紧螺母；调节螺栓底部设有圆凸台，圆凸台伸入加载块中；上压电振子的两端装在加载块和滑动块上，下压电振子的两端装在滑动块和凸台上；滑动块可在壳体的限位槽中滑动；上压电振子和下压电振子均由铁磁性基板与压电晶片粘结而成，铁磁性基板靠近转盘安装；当调节螺栓调整至上极限位置时，上压电振子与下压电振子处于其弹性变形之内，于下极限位置时，上压电振子与下压电振子工作在其最大许用压应力之内。

A Wideband Rotating Piezoelectric Generator

The invention relates to a broadband rotary piezoelectric generator, which belongs to the technical field of piezoelectric power generation. The rotating shaft is mounted on the bottom shell, the end of which is equipped with a turntable, and the end face of the turntable is equipped with an exciting magnet; the shell is mounted on the bottom shell, with a thread hole at the top and a convex platform at the inside; the adjusting bolt extends from the inside of the shell through the thread hole, and the locking nut is rotated on the outside; the bottom of the adjusting bolt is equipped with a circular convex platform, which extends into the loading block; the two ends of the upper piezoelectric oscillator are mounted on the loading block and the The two ends of the lower piezoelectric oscillator are mounted on the slider and the convex platform; the slider can slide in the limited slot of the shell; the upper piezoelectric oscillator and the lower piezoelectric oscillator are bonded by the ferromagnetic substrate and the piezoelectric wafer, and the ferromagnetic substrate is installed near the turntable; when the adjusting bolt is adjusted to the upper limit position, the upper piezoelectric oscillator and the lower piezoelectric oscillator are within the elastic deformation and in the lower limit position. The upper piezoelectric oscillator and the lower piezoelectric oscillator work within their maximum allowable compressive stress.

【技术实现步骤摘要】
一种宽带旋转压电发电机
本专利技术属于发电
，具体涉及一种宽带旋转压电发电机。
技术介绍
随着微功率无线传感器和分布式传感技术在健康监测、航天航空与程序控制系统等领域中的普及，作为其主要供能方式的化学电池所带来的环境污染问题变得不容忽视。为此，回收自然环境中振动能、人体运动能、旋转动能和流体能等能量的微小型发电机在国内外广受青睐。旋转式压电发电机是回收旋转体动能的重要方法之一，其实现能量回收的主要方式大致有惯性激励、拨动激励、冲击激励以及旋磁激励，其中旋磁激励由于无冲击、低噪声、安全性相对较高，而在近年来倍受关注。旋磁激励虽很大程度上解决了冲击与噪声的问题，但依然无法避免不同工作环境下激励频率与发电机固有频率不匹配导致的发电效率低下的问题。为了便于适应不同激励频率下的工作环境，可调频概念被提出，如中国专利201210592977.8、201310211521.7分别通过电控方式与引入非线性力进行调频，但前者的调频能力低下，而后者由于磁力的非线性作用，故不易精确控制；此外，两者都采用了悬臂梁式压电振子作为发电单元，故工作过程中容易损毁，安全性较差。
技术实现思路
针对现有旋转式压电发电机所存在的问题，本专利技术提出一种宽带旋转压电发电机，本专利技术采用的实施方案是：旋转轴经轴承安装在底壳上，端部安装有转盘，转盘的端面上均布地镶嵌有激励磁铁；壳体的右侧法兰端经螺钉安装在底壳上，壳体顶端设有螺纹孔，内侧底部设有凸台；调节螺栓经由螺纹孔从壳体内部伸出，外侧旋有锁紧螺母；调节螺栓的底部设有圆凸台，圆凸台伸入加载块的豁口中，待伸入完毕后将加载块绕调节螺栓的轴线旋转90°；上压电振子的两端分别经螺钉和压块安装在加载块和滑动块上，下压电振子的两端分别经螺钉和压块安装在滑动块和凸台上；滑动块可在壳体的限位槽中滑动；上下压电振子均由铁磁性基板与压电晶片粘结而成，铁磁性基板为镍基板且靠近转盘安装；当调节螺栓调整至上极限位置时，上下压电振子处于其弹性变形之内，于下极限位置时，上下压电振子工作在其最大许用压应力之内。工作时，旋转轴带动转盘转动，激励磁铁也随之转动；由于铁磁性基板是铁磁性材料，能够与激励磁铁间产生相互作用力，现以上压电振子为例描述其发电过程：当激励磁铁靠近铁磁性基板时，铁磁性基板被磁化，二者产生相互吸引力，两者间的相互作用力增大从而使上压电振子沿旋转轴的轴线方向弯曲变形，当激励磁铁远离铁磁性基板时，由于铁磁性基板的弹性恢复力，上压电振子逐渐恢复变形。激励磁铁与铁磁性基板间作用力的交替变化即构成了上下压电振子的往复弯曲变形，从而将机械能转换成电能。本专利技术中，发电机的固有频率即上下压电振子的固有频率可根据不同工作环境的需求加以调整，以便获得更高的发电效率，方法为：松开锁紧螺母，旋转调节螺栓至理想位置并重新锁紧。调节螺栓的位置变动将通过加载块作用至上压电振子，上压电振子上的作用力又经由滑动块传递至下压电振子，从而实现上下压电振子的同步拉伸与压缩；当上下压电振子受拉伸与压缩时发电机的固有频率由下式确定：其中，F为作用在上下压电振子上的端部力，下标s/c分别表示拉力与压力；E为杨氏模量；I为惯性矩；l为长度；me为等效质量。端部力作用下发电机的固有频率与其自然状态下的固有频率的比值α与F的关系如图7所示。优势与特色：①发电机固有频率可根据旋转体的转速与驱动能力及其它参数值进行调整，激励频率低于发电机固有频率时无谐振峰，故可有效增加频带宽度、发电量及可靠性；②无需更改发电机结构及其它系统参数即可实现各压电振子的同步调节，调频方法便捷、有效；③压电振子采用铁磁性材料基板，无需另外安装磁铁，激励更加便捷，质量小、进一步提升了谐振频率。附图说明图1是本专利技术一个较佳实施例中发电机的结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是本专利技术一个较佳实施例中壳体的结构示意图；图4是图3的俯视图；图5是本专利技术一个较佳实施例中加载块的结构示意图；图6是图5的俯视图；图7是本专利技术中发电机的固有频率调节能力与端部力的关系图。具体实施方式旋转轴a经轴承安装在底壳b上，端部安装有转盘c，转盘c的端面上均布地镶嵌有激励磁铁d；壳体e的右侧法兰端经螺钉安装在底壳b上，壳体顶端设有螺纹孔，内侧底部设有凸台e1；调节螺栓f经由螺纹孔从壳体e的内部伸出，外侧旋有锁紧螺母g；调节螺栓f的底部设有圆凸台f1，圆凸台f1伸入加载块h的豁口中，待伸入完毕后将加载块h绕调节螺栓g的轴线旋转90°；上压电振子kf的两端分别经螺钉和压块安装在加载块h和滑动块j上，下压电振子ks的两端分别经螺钉和压块安装在滑动块j和凸台e1上；滑动块j可在壳体e的限位槽G中滑动；上压电振子kf和下压电振子ks均由铁磁性基板k1与压电晶片k2粘结而成，铁磁性基板k1为镍基板且靠近转盘c安装；当调节螺栓f调整至上极限位置时，上压电振子kf与下压电振子ks处于其弹性变形之内，于下极限位置时，上压电振子kf与下压电振子ks工作在其最大许用压应力之内。工作时，旋转轴a带动转盘c转动，激励磁铁d也随之转动；由于铁磁性基板k1是铁磁性材料，能够与激励磁铁d间产生相互作用力，以上压电振子kf为例描述其发电过程：当激励磁铁d靠近铁磁性基板k1时，铁磁性基板k1被磁化，二者间产生相互吸引力，两者间的相互作用力增大从而使上压电振子kf沿旋转轴a的轴线方向弯曲变形，当激励磁铁d远离铁磁性基板k1时，由于铁磁性基板k1的弹性恢复力，上压电振子kf逐渐恢复变形。激励磁铁d与铁磁性基板k1间作用力的交替变化即构成了上压电振子kf与下压电振子ks的往复弯曲变形，从而将机械能转换成电能。本专利技术中，发电机的固有频率可根据不同工作环境对应调整，以便获得更高的发电效率，方法为：松开锁紧螺母g，旋转调节螺栓f至理想位置并重新锁紧。调节螺栓f的位置变动将通过加载块h作用至上压电振子kf，上压电振子kf上的作用力又经由滑动块j传递至下压电振子ks，从而实现上压电振子kf与下压电振子ks的同步拉伸与压缩；当上压电振子kf与下压电振子ks受拉伸与压缩时发电机的固有频率由下式确定：其中，F为作用在上压电振子kf与下压电振子ks上的端部力，下标s/c分别表示拉力与压力；E为杨氏模量；I为惯性矩；l为长度：me为等效质量。端部力作用下发电机的固有频率与其自然状态下的固有频率的比值α与F的关系如图7所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带旋转压电发电机，其特征在于：旋转轴经轴承安装在底壳上，端部安装有转盘，转盘的端面上均布地镶嵌有激励磁铁；壳体的右侧安装在底壳上，顶端设有螺纹孔，内侧底部设有凸台；调节螺栓经由螺纹孔从壳体内部伸出，外侧旋有锁紧螺母；调节螺栓的底部设有圆凸台，圆凸台伸入加载块的豁口中，待伸入完毕后将加载块绕调节螺栓的轴线旋转90°；上压电振子的两端分别经螺钉和压块安装在加载块和滑动块上，下压电振子的两端分别经螺钉和压块安装在滑动块和凸台上；滑动块可在壳体的限位槽中滑动；上下压电振子均由铁磁性基板与压电晶片粘结而成，铁磁性基板靠近转盘安装；发电机固有频率可根据不同工作环境的需求加以调整，方法为：松开锁紧螺母，旋转调节螺栓至理想位置并重新锁紧；调节螺栓的位置变动通过加载块作用至上压电振子，上压电振子上的作用力又经由滑动块传递至下压电振子，上下压电振子的同步拉伸与压缩；当调节螺栓调整至上极限位置时上下压电振子处于其弹性变形之内，于下极限位置时上下压电振子工作在其最大许用压应力之内。

【技术特征摘要】
1.一种宽带旋转压电发电机，其特征在于：旋转轴经轴承安装在底壳上，端部安装有转盘，转盘的端面上均布地镶嵌有激励磁铁；壳体的右侧安装在底壳上，顶端设有螺纹孔，内侧底部设有凸台；调节螺栓经由螺纹孔从壳体内部伸出，外侧旋有锁紧螺母；调节螺栓的底部设有圆凸台，圆凸台伸入加载块的豁口中，待伸入完毕后将加载块绕调节螺栓的轴线旋转90°；上压电振子的两端分别经螺钉和压块安装在加载块和滑动块上，下压电振子的两端分别经螺钉和压块安装在滑动块和凸台上；滑动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑云，唐红艳，郑佳佳，蒋永华，程光明，施继忠，柴超辉，杨泽盟，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33